專利名稱：用于碳/碳復(fù)合材料的超高溫抗氧化涂層及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于抗氧化無機材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于碳/碳復(fù)合材料的超高溫抗氧化涂層及其制備方法。
背景技術(shù)：
碳/碳復(fù)合材料具有高比強、高比模、低密度、低熱膨脹系數(shù)、耐熱沖擊的性能以及力學強度隨溫度的升高不降反升的獨特性能，是目前唯一可以在溫度為1800°C 2500°C的超高溫條件下保持較高力學性能的材料。然而，盡管碳/碳復(fù)合材料在超高溫條件下具有諸多優(yōu)良的性能，但其在溫度高于400°C的有氧環(huán)境中極易發(fā) 生氧化反應(yīng)，導(dǎo)致碳/碳復(fù)合材料的綜合性能下降。超高溫抗氧化涂層是提高碳/碳復(fù)合材料超高溫抗氧化性能的重要途徑。ZrB2的熔點高達3245°C，是碳/碳復(fù)合材料理想的超高溫抗氧化涂層材料。然而該涂層在超高溫條件下被氧化后，其氧化產(chǎn)物存在粘度低、蒸發(fā)速率快、氧擴散系數(shù)高等諸多問題，導(dǎo)致ZrB2的氧化速率過快，不能有效地阻止碳/碳復(fù)合材料發(fā)生氧化反應(yīng)。文獻 I (E. L. Corral, R. E. Loehman. Ultra-high-temperature ceramiccoatings for oxidation protection of Carbon - Carbon composites. Journal ofAmerican Ceramic Society, 2008, 91(5) : 1495-1502)采用陶瓷先驅(qū)體浸潰裂解方法和文獻2 (牛亞然，鄭學斌，丁傳賢.等離子體噴涂高溫超高溫抗氧化涂層制備與表征.熱噴涂技術(shù)，2011，3(3) : 1-10)采用真空等離子噴涂方法制備二元ZrB2-SiC超高溫抗氧化涂層 ° 文獻 3 (D. Sciti, F. Monteverde, S. Guicciardi et al. Microstructure andmechanical properties of ZrB2-MoSi2 ceramic composites produced by differentsintering techniques. Materials Science and Engineering A, 2006, 434: 303-309)采用無壓燒結(jié)方法制備二元ZrB2-MoSi2塊體陶瓷。然而在超高溫條件下，采用文獻1、2或3制備的ZrB2-SiC和ZrB2-MoSi2，其氧化產(chǎn)物存在粘度低、蒸發(fā)速率快、氧擴散系數(shù)高等缺陷，導(dǎo)致ZrB2-SiC和ZrB2-MoSi2的氧化速率過快。此外，當采用文獻I所述方法制備含有抗氧化增強相的多元涂層時，由于陶瓷先驅(qū)體裂解一般發(fā)生在1100°c，ZrB2-SiC與抗氧化增強相的結(jié)合強度低，超高溫環(huán)境下抗氧化增強相易脫粘失效。當采用文獻2所述方法制備含有抗氧化增強相的多元涂層時，由于傳統(tǒng)等離子噴涂技術(shù)的噴涂距離遠，形成涂層時，抗氧化增強相、ZrB2, SiC均為凝固相，涂層為層狀和多孔結(jié)構(gòu)，涂層與基體的結(jié)合強度低、致密度低，涂層超高溫抗氧化性能差。當采用文獻3所述方法制備有抗氧化增強相的多元涂層時，無壓燒結(jié)難以實現(xiàn)超高溫抗氧化涂層的致密化。文獻4 (韓杰才，胡平，張幸紅等.LaB6的添加對ZrB2-SiC基超高溫陶瓷材料氧化性能的影響.中國力學學會學術(shù)大會2007)研究了三元ZrB2-SiC-LaB6超高溫陶瓷。文獻5 (李學英，張幸紅，韓杰才等.Y2O3摻雜ZrB2-SiC基超高溫陶瓷的抗燒蝕性能.稀有金屬材料與工程，2011，40(5): 820-823)研究了三元ZrB2-SiC-Y2O3超高溫陶瓷。添加LaB6或Y2O3后，雖然提高了氧化產(chǎn)物的粘度，降低了氧化產(chǎn)物的蒸發(fā)速率，但仍存在氧擴散系數(shù)高等問題。因此，三元ZrB2-SiC-LaB6和ZrB2-SiC-Y2O3陶瓷的氧化速率過快。文獻6(F. Monteverde, A. Bellosi, L. Scatteia. Processing and propertiesof ultra-high temperature ceramics for space applications. Materials Scienceand Engineering A, 2008, 485: 415-421)研究了三元 ZrB2-SiC-HfB2 陶瓷。由于 HfB2 與ZrB2的氧化產(chǎn)物均存在粘度低、蒸發(fā)速率快、氧擴散系數(shù)高等問題，因此三元ZrB2-SiC-HfB2陶瓷的氧化速率過快。文獻7 (V. Medri, F. Monteverde, A. Balbo, et al. Comparison ofZrB2-ZrC-SiC composites fabricated by spark plasma sintering and hot-pressing.Advanced Engineering Materials, 2005, 7(3): 159-163)研究了三兀 ZrB2-SiC-ZrC 陶瓷。由于ZrC氧化后產(chǎn)生的CO氣體對涂層氧化產(chǎn)物的完整性和連續(xù)性造成不利影響。 另外，當采用文獻4、文獻5、文獻6或文獻7中所述的熱壓燒結(jié)方法制備三元涂層時，燒結(jié)過程中的高壓將損傷碳/碳復(fù)合材料基體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于碳/碳復(fù)合材料的超高溫抗氧化涂層。該涂層致密均勻、力學性能好、與碳/碳復(fù)合材料基體的結(jié)合強度高，能夠有效提高碳/碳復(fù)合材料的超高溫抗氧化性能。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種用于碳/碳復(fù)合材料的超高溫抗氧化涂層，其特征在于，由以下體積百分比的成分組成ZrB2 65% 80%, MoSi210% 15%，TiB2 5% 10%，LuB6 5% 10% ;所述碳/碳復(fù)合材料超高溫抗氧化涂層是指該涂層以碳/碳復(fù)合材料為基體，在溫度為1800°C 2500°C的條件下具有抗氧化性。上述的用于碳/碳復(fù)合材料的超高溫抗氧化涂層，由以下體積百分比的成分組成=ZrB2 68% 76%, MoSi2 12% 14%, TiB2 6% 9%, LuB6 6% 9%。上述的用于碳/碳復(fù)合材料的超高溫抗氧化涂層，由以下體積百分比的成分組成=ZrB2 72%, MoSi2 13%, TiB2 7%, LuB6 8%。另外，本發(fā)明還提供了一種制備上述用于碳/碳復(fù)合材料的超高溫抗氧化涂層的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟步驟一、將碳/碳復(fù)合材料打磨拋光，在介質(zhì)中超聲波清洗干凈，烘干后放置在電子束物理氣相沉積爐真空室的中部；步驟二、將靶材ZrB2、MoSi2, TiB2和LuB6按比例放置在步驟一中所述真空室的底部;步驟三、采用電子束將步驟一中真空室中部的碳/碳復(fù)合材料加熱至1650°C 18000C ;所述真空室的壓力為I. 6X KT2Pa 2. OX KT2Pa ；步驟四、采用電子束將步驟二中真空室底部的靶材ZrB2、MoSi2, TiB2和LuB6加熱蒸發(fā)以形成氣態(tài)的ZrB2分子、MoSi2分子、TiB2分子和LuB6分子，所述氣態(tài)ZrB2分子、MoSi2分子、TiB2分子和LuB6分子以4 V- m/min 10 y m/min的速率沉積于步驟三中加熱后的碳/碳復(fù)合材料表面，形成碳/碳復(fù)合材料ZrB2-MoSi2-TiB2-LuB6涂層；所述真空室的壓力為
I.6 X KT2Pa 2. OX l(T2Pa,所述革巴材ZrB2、MoSi2、TiB2和LuB6的蒸發(fā)表面至碳/碳復(fù)合材料沉積表面的距離為200mm 350mm。上述的方法，步驟一中所述打磨拋光的過程為依次使用400號、600號、800號和1200號的水磨砂紙將碳/碳復(fù)合材料打磨拋光。上述的方法，步驟一中所述介質(zhì)為丙酮、無水乙醇或去離子水。上述的方法，步驟三中所述加熱的工藝參數(shù)為電子束的加速電壓為19kV 21kV，電子束的加熱電流為0. 9A 1A，電子束的加熱功率為17. IkW 21kW，電子束的束斑直徑為 fI5ISmm C^Omm。上述的方法，步驟四中所述加熱蒸發(fā)的工藝參數(shù)為電子束的加速電壓為19kV 21kV，電子束的加熱電流為I. 5A 3A，電子束的加熱功率為28. 5kW 63kW，電子束的束斑直徑為①1 5mm cC^Omm。上述的方法，步驟四中所述碳/碳復(fù)合材料ZrB2-MoSi2-TiB2-LuB6涂層的厚度為150 u m 1000 u m。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(I)本發(fā)明通過在組分中添加TiB2和LuB6,使外層氧化產(chǎn)物硼硅玻璃的熔點升高、蒸發(fā)速率降低、粘度升高、氧擴散系數(shù)降低，使內(nèi)層氧化產(chǎn)物ZrO2的熔點升高、氧擴散系數(shù)降低、相穩(wěn)定，因此可以有效提高碳/碳復(fù)合材料的超高溫抗氧化性。(2)本發(fā)明采用電子束將ZrB2、MoSi2、TiB2和LuB6蒸發(fā)成氣態(tài)，然后沉積于碳/碳復(fù)合材料的高溫表面，在電子束的轟擊作用和高溫擴散驅(qū)動作用下，ZrB2, SiC, TiB2和LuB6各組分之間以及各組分與碳/碳復(fù)合材料之間發(fā)生擴散，因此所制涂層致密均勻、力學性能好、與碳/碳復(fù)合材料的結(jié)合強度高，制備工藝對碳/碳復(fù)合材料基體無損傷。(3 )采用本發(fā)明制備的用于碳/碳復(fù)合材料的ZrB2-MoSi2-TiB2-LuB6涂層的超高溫抗氧化性優(yōu)良，置于2200°C的氧乙炔焰中氧化燒蝕600s后，涂層的線燒蝕率僅為0. 23 u m/s 0. 33 u m/s。下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。


圖I為本發(fā)明實施例I制備的用于碳/碳復(fù)合材料的超高溫抗氧化涂層的斷面掃描電鏡照片。圖2為本發(fā)明實施例I制備的用于碳/碳復(fù)合材料的超高溫抗氧化涂層置于2200°C的氧乙炔焰中氧化燒蝕600s后的燒蝕中心顯微形貌照片。
具體實施例方式實施例I本實施例的用于碳/碳復(fù)合材料的超高溫抗氧化涂層由以下體積百分比的成分組成=ZrB2 80%, MoSi2 10%, TiB2 5%, LuB6 5%。本實施例的碳/碳復(fù)合材料超高溫抗氧化涂層的制備方法為 步驟一、將碳/碳復(fù)合材料依次使用400號、600號、800號和1200號的水磨砂紙打磨拋光后，在丙酮中超聲波清洗干凈，放入烘箱中烘干后，放置在電子束物理氣相沉積爐真空室中部的工件架上；
步驟二、將ZrB2革巴材、MoSi2革巴材、TiB2革巴材和LuB6革巴材按比例放入步驟一中所述電子束物理氣相沉積爐真空室底部的水冷銅坩堝中；步驟三、采用電子束將步驟一中所述真空室工架上的碳/碳復(fù)合材料加熱至1800°C;所述真空室的壓力為2. 0X 10_2Pa，所述電子束的加速電壓為20kV，電子束的加熱電流為1A，電子束的加熱功率為20kW，電子束的束斑直徑為0>30mm ；步驟四、采用電子束將步驟二中真空室底部的靶材ZrB2、MoSi2、TiB2和LuB6加熱蒸發(fā)以形成氣態(tài)的ZrB2分子、MoSi2分子、TiB2分子和LuB6分子，氣態(tài)ZrB2、MoSi2、TiB2和LuB6分子以4 ii m/min的速率沉積于步驟三中所述碳/碳復(fù)合材料的表面,形成厚度為150 u m的碳/碳復(fù)合材料ZrB2-MoSi2-TiB2-LuB6涂層；所述各祀材蒸發(fā)表面至碳/碳復(fù)合
材料沉積表面的距離為200mm，所述真空室的壓力為2. OX 10_2Pa，所述電子束蒸發(fā)各靶材的具體參數(shù)為蒸發(fā)MoSi2靶材和LuB6靶材的電子束的加速電壓為20kV，電子束的加熱電流為I. 5A，電子束的加熱功率為30kW，電子束的束斑直徑為0>15mm ;蒸發(fā)TiB2靶材的電子束的加速電壓為20kV，電子束的加熱電流為2A，電子束的加熱功率為40kW，電子束的束斑直徑為On5mm ;蒸發(fā)ZrB2靶材的電子束的加速電壓為20kV，電子束的加熱電流為3A，電子束的加熱功率為60kW，電子束的束斑直徑為On5mm。本實施例制備的碳/碳復(fù)合材料ZrB2-MoSi2-TiB2-LuB6涂層的斷面掃描電鏡照片如圖I所示，涂層致密、均勻且與碳/碳復(fù)合材料基體結(jié)合良好。本實施例制備的碳/碳復(fù)合材料ZrB2-MoSi2-TiB2-LuB6涂層置于2200°C氧乙炔焰中氧化燒蝕600s后的燒蝕中心顯微形貌照片如圖2所示，燒蝕中心150iim厚的涂層未被完全氧化燒蝕掉，涂層氧化產(chǎn)物膜凝固后形成致密保護膜，附著在碳/碳復(fù)合材料的表面，有效提高了碳/碳復(fù)合材料的超高溫抗氧化性。本實施例制備的碳/碳復(fù)合材料ZrB2-MoSi2-TiB2-LuB6 涂層的線燒蝕率僅為 0. 23 u m/s。實施例2本實施例的用于碳/碳復(fù)合材料的超高溫抗氧化涂層由以下體積百分比的成分組成=ZrB2 76%, MoSi2 12%, TiB2 6%, LuB6 6%。本實施例的碳/碳復(fù)合材料超高溫抗氧化涂層的制備方法為步驟一、將碳/碳復(fù)合材料碳/碳復(fù)合材料依次使用400號、600號、800號和1200號的水磨砂紙打磨拋光后，在去離子水中超聲波清洗干凈，并放入烘箱中烘干后，放置在電子束物理氣相沉積爐真空室中部的工件架上；步驟二、將ZrB2靶材、MoSi2靶材、TiB2靶材和LuB6靶材放入步驟一中所述電子束物理氣相沉積爐真空室底部的水冷銅坩堝中；步驟三、采用電子束將步驟一中所述碳/碳復(fù)合材料加熱至1750°C ;所述真空室的壓力為1.9X10_2Pa，所述電子束的加速電壓為19kV，電子束的加熱電流為0. 9A，電子束的加熱功率為17. Ikff,電子束的束斑直徑為0>15_ ；步驟四、采用電子束將步驟二中真空室底部的靶材ZrB2、MoSi2, TiB2和LuB6加熱蒸發(fā)以形成氣態(tài)的ZrB2分子、MoSi2分子、TiB2分子和LuB6分子，所述氣態(tài)ZrB2分子、MoSi2分子、TiB2分子和LuB6分子以6 y m/min的速率沉積于步驟三中所述碳/碳復(fù)合材料的表面，形成厚度為450 u m的碳/碳復(fù)合材料ZrB2-MoSi2-TiB2-LuB6涂層；所述各靶材蒸發(fā)表面至碳/碳復(fù)合材料沉積表面的距離為250mm，所述真空室的壓力為I. 9X 10_2Pa，所述電子束蒸發(fā)各靶材的具體參數(shù)為蒸發(fā)MoSi2靶材和LuB6靶材的電子束的加速電壓為19kV，電子束的加熱電流為2. 2A，電子束的加熱功率為41. 8kff,電子束的束斑直徑為0>30mm ;蒸發(fā)TiB2靶材的電子束的加速電壓為19kV，電子束的加熱電流為2. 2A，電子束的加熱功率為
41.8kff,電子束的束斑直徑為0>20mm ;蒸發(fā)ZrB2靶材的電子束的加速電壓為21kV，電子束的加熱電流為3A，電子束的加熱功率為63kW，電子束的束斑直徑為0n8mm。本實施例制備的碳/碳復(fù)合材料ZrB2-MoSi2-TiB2-LuB6涂層致密、均勻，與碳/碳復(fù)合材料基體結(jié)合良好；置于2200°C的氧乙炔焰中氧化燒蝕600s后，涂層氧化燒蝕不明顯，氧化產(chǎn)物膜凝固后形成致密保護膜，涂層的線燒蝕率僅為0. 27 u m/s。實施例3 本實施例的用于碳/碳復(fù)合材料的超高溫抗氧化涂層由以下體積百分比的成分組成=ZrB2 72%, MoSi2 13%, TiB2 7%, LuB6 8%。本實施例的碳/碳復(fù)合材料超高溫抗氧化涂層的制備方法為步驟一、將碳/碳復(fù)合材料碳/碳復(fù)合材料依次使用400號、600號、800號和1200號的水磨砂紙打磨拋光后，在無水乙醇中超聲波清洗干凈，放入烘箱中烘干后，放置在電子束物理氣相沉積爐真空室中部的工件架上；步驟二、將ZrB2革巴材、MoSi2革巴材、TiB2革巴材和LuB6革巴材放入步驟一中所述電子束物理氣相沉積爐真空室底部的水冷銅坩堝中；步驟三、采用電子束將步驟一中所述碳/碳復(fù)合材料加熱至1730°C ;所述真空室的壓力為I. 8X10_2Pa，所述電子束的加速電壓為20kV，電子束的加熱電流為0. 95A，電子束的加熱功率為19kW，電子束的束斑直徑為0>30mm ；步驟四、采用電子束將步驟二中真空室底部的靶材ZrB2、MoSi2, TiB2和LuB6加熱蒸發(fā)以形成氣態(tài)的ZrB2分子、MoSi2分子、TiB2分子和LuB6分子，所述氣態(tài)ZrB2分子、MoSi2分子、TiB2分子和LuB6分子以8 y m/min的速率沉積于步驟三中所述碳/碳復(fù)合材料的表面，形成厚度為600 u m的碳/碳復(fù)合材料ZrB2-MoSi2-TiB2-LuB6涂層；所述各靶材蒸發(fā)表面至碳/碳復(fù)合材料沉積表面的距離為300mm，所述真空室的壓力為I. 8X 10_2Pa，所述電子束蒸發(fā)各靶材的具體參數(shù)為蒸發(fā)MoSi2靶材、LuB6靶材、TiB2靶材的電子束的加速電壓均為20kV，電子束的加熱電流均為I. 5A，電子束的加熱功率均為30kW，電子束的束斑直徑均為On5mm ;蒸發(fā)ZrB2靶材的電子束的加速電壓為20kV，電子束的加熱電流為3A，電子束的加熱功率為60kW，電子束的束斑直徑為On5mm。本實施例制備的碳/碳復(fù)合材料ZrB2-MoSi2-TiB2-LuB6涂層致密、均勻，與碳/碳復(fù)合材料基體結(jié)合良好；置于2200°C的氧乙炔焰中氧化燒蝕600s后，涂層氧化燒蝕不明顯，氧化產(chǎn)物膜凝固后形成致密保護膜，涂層的線燒蝕率僅為0. 30 u m/s。實施例4本實施例的用于碳/碳復(fù)合材料的超高溫抗氧化涂層由以下體積百分比的成分組成=ZrB2 68%, MoSi2 14%, TiB2 9%, LuB6 9%。本實施例的碳/碳復(fù)合材料超高溫抗氧化涂層的制備方法為步驟一、將碳/碳復(fù)合材料碳/碳復(fù)合材料依次使用400號、600號、800號和1200號的水磨砂紙打磨拋光后，在無水乙醇中超聲波清洗干凈，放入烘箱中烘干后，放置在電子束物理氣相沉積爐真空室中部的工件架上；
步驟二、將ZrB2靶材、MoSi2靶材、TiB2靶材和LuB6靶材放入步驟一中所述電子束物理氣相沉積爐真空室底部的水冷銅坩堝中；步驟三、采用電子束將步驟一中所述碳/碳復(fù)合材料加熱至1680°C ;所述真空室的壓力為2.0X10_2Pa，所述電子束的加速電壓為21kV，真空室的加熱電流為1A，真空室的加熱功率為2lkW，真空室的束斑直徑為0>20mm ；步驟四、采用電子束將步驟二中真空室底部的靶材ZrB2、MoSi2、TiB2和LuB6加熱蒸發(fā)以形成氣態(tài)的ZrB2分子、MoSi2分子、TiB2分子和LuB6分子，所述氣態(tài)ZrB2分子、MoSi2分子、TiB2分子和LuB6分子以10 u m/min的速率沉積于步驟三中所述碳/碳復(fù)合材料的表面，形成厚度為800 u m的碳/碳復(fù)合材料ZrB2-MoSi2-TiB2-LuB6涂層；所述各靶材蒸發(fā)表面至碳/碳復(fù)合材料沉積表面的距離為320mm，所述真空室的壓力為I. 7X 10_2Pa，所述電子束蒸發(fā)各靶材的具體參數(shù)為蒸發(fā)MoSi2靶材和LuB6靶材 的電子束的加速電壓均為19kV，電子束的加熱電流均為I. 5A，電子束的加熱功率均為28. 5kff,電子束的束斑直徑均為0>20mm ；蒸發(fā)TiB2靶材的電子束的加速電壓為21kV，電子束的加熱電流為2A，電子束的加熱功率為42kff,電子束的束斑直徑為0>20mm ;蒸發(fā)ZrB2靶材的電子束的加速電壓21kV，電子束的加熱電流為2. 5A，電子束的加熱功率為52. 5kff,電子束的束斑直徑為￠15mm。本實施例制備的碳/碳復(fù)合材料ZrB2-MoSi2-TiB2-LuB6涂層致密、均勻，與碳/碳復(fù)合材料基體結(jié)合良好；置于2200°C的氧乙炔焰中氧化燒蝕600s后，涂層氧化燒蝕不明顯，氧化產(chǎn)物膜凝固后形成致密保護膜，涂層的線燒蝕率僅為0. 31 u m/s。實施例5本實施例的用于碳/碳復(fù)合材料的超高溫抗氧化涂層由以下體積百分比的成分組成=ZrB2 65%, MoSi2 15%, TiB2 10%, LuB6 10%。本實施例的碳/碳復(fù)合材料超高溫抗氧化涂層的制備方法為步驟一、將碳/碳復(fù)合材料碳/碳復(fù)合材料依次使用400號、600號、800號和1200號的水磨砂紙打磨拋光后，在丙酮中超聲波清洗干凈，放入烘箱中烘干后，放置在電子束物理氣相沉積爐真空室中部的工件架上；步驟二、將ZrB2靶材、MoSi2靶材、TiB2靶材和LuB6靶材放入步驟一中所述電子束物理氣相沉積爐真空室底部的水冷銅坩堝中；步驟三、采用電子束將步驟一中所述碳/碳復(fù)合材料加熱至1650°C ;所述真空室的壓力為I. 6X 10_2Pa，所述電子束的加速電壓為20kV，電子束的加熱電流為0. 9A，電子束的加熱功率為18kW，電子束的束斑直徑為0>30mm ；步驟四、采用電子束將步驟二中真空室底部的靶材ZrB2、MoSi2, TiB2和LuB6加熱蒸發(fā)以形成氣態(tài)的ZrB2分子、MoSi2分子、TiB2分子和LuB6分子，所述氣態(tài)ZrB2分子、MoSi2分子、TiB2分子和LuB6分子以10 u m/min的速率沉積于步驟三中所述碳/碳復(fù)合材料的表面，形成厚度為1000 u m的碳/碳復(fù)合材料ZrB2-MoSi2-TiB2-LuB6涂層；所述各靶材蒸發(fā)表面至碳/碳復(fù)合材料沉積表面的距離為350mm，所述真空室的壓力為I. 6X 10_2Pa，所述電子束蒸發(fā)各靶材的具體參數(shù)為蒸發(fā)MoSi2靶材、LuB6靶材的電子束的加速電壓均為20kV，電子束的加熱電流均為I. 5A，電子束的加熱功率均為30kW，電子束的束斑直徑均為0>15mm ；蒸發(fā)TiB2靶材的電子束的加速電壓為20kV，電子束的加熱電流為2. 6A，電子束的加熱功率為52kW，電子束的束斑直徑為0>30mm ;蒸發(fā)ZrB2靶材的電子束加速電壓20kV，電子束的加熱電流為3A，電子束的加熱功率為60kW，電子束的束斑直徑為￠15mm。本實施例制備的碳/碳復(fù)合材料ZrB2-MoSi2-TiB2-LuB6涂層致密、均勻，與碳/碳復(fù)合材料基體結(jié)合良好；置于2200°C的氧乙炔焰中氧化燒蝕600s后，涂層氧化燒蝕不明顯，氧化產(chǎn)物膜凝固后形成致密保護膜，涂層的線燒蝕率僅為0. 33 u m/s。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制。凡是根據(jù)發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于碳/碳復(fù)合材料的超高溫抗氧化涂層，其特征在于，由以下體積百分比的成分組成ZrB2 65% 80%，MoSi2 10% 15%，TiB2 5% 10%，LuB6 5% 10%;所述碳 / 碳復(fù)合材料超高溫抗氧化涂層是指該涂層以碳/碳復(fù)合材料為基體，在溫度為1800°C 2500°C的條件下具有抗氧化性。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于碳/碳復(fù)合材料的超高溫抗氧化涂層，其特征在于，由以下體積百分比的成分組成-.ZrB2 68% 76%, MoSi2 12% 14%, TiB2 6% 9%, LuB6 6% 9% o
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于碳/碳復(fù)合材料的超高溫抗氧化涂層，其特征在于，由以下體積百分比的成分組成ZrB2 72%，MoSi2 13%, TiB2 7%, LuB6 8%。
4.一種制備如權(quán)利要求1、2或3所述用于碳/碳復(fù)合材料的超高溫抗氧化涂層的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 步驟一、將碳/碳復(fù)合材料打磨拋光，在介質(zhì)中超聲波清洗干凈，烘干后放置在電子束物理氣相沉積爐真空室的中部； 步驟二、將靶材ZrB2、MoSi2, TiB2和LuB6按比例放置在步驟一中所述真空室的底部； 步驟三、采用電子束將步驟一中真空室中部的碳/碳復(fù)合材料加熱至1650°C 18000C ;所述真空室的壓力為I. 6X KT2Pa 2. OX KT2Pa ； 步驟四、采用電子束將步驟二中真空室底部的靶材ZrB2、MoSi2, TiB2和LuB6加熱蒸發(fā)以形成氣態(tài)的ZrB2分子、MoSi2分子、TiB2分子和LuB6分子，所述氣態(tài)ZrB2分子、MoSi2分子、TiB2分子和LuB6分子以4 V- m/min 10 y m/min的速率沉積于步驟三中加熱后的碳/碳復(fù)合材料表面，形成碳/碳復(fù)合材料ZrB2-MoSi2-TiB2-LuB6涂層；所述真空室的壓力為I.6 X KT2Pa 2. OX l(T2Pa,所述革巴材ZrB2、MoSi2、TiB2和LuB6的蒸發(fā)表面至碳/碳復(fù)合材料沉積表面的距離為200mm 350mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟一中所述打磨拋光的過程為依次使用400號、600號、800號和1200號的水磨砂紙將碳/碳復(fù)合材料打磨拋光。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟一中所述介質(zhì)為丙酮、無水乙醇或去離子水。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟三中所述加熱的工藝參數(shù)為電子束的加速電壓為19kV 21kV，電子束的加熱電流為0. 9A 1A，電子束的加熱功率為17. IkW 21kW,電子束的束斑直徑為cC* 15mm C>30mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟四中所述加熱蒸發(fā)的工藝參數(shù)為電子束的加速電壓為19kV 21kV，電子束的加熱電流為I. 5A 3A，電子束的加熱功率為28. 5kff 63kW,電子束的束斑直徑為①1 5mm ^>30_。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟四中所述碳/碳復(fù)合材料ZrB2-MoSi2-TiB2-LuB6 涂層的厚度為 150 y m 1000 u m。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于碳/碳復(fù)合材料的超高溫抗氧化涂層，由一定體積百分比的ZrB2、MoSi2、TiB2和LuB6組成。本發(fā)明還提供了一種該涂層的制備方法，包括以下步驟將碳/碳復(fù)合材料打磨拋光、洗凈烘干；將ZrB2、MoSi2、TiB2、LuB6和碳/碳復(fù)合材料置于電子束物理氣相沉積爐中；電子束加熱碳/碳復(fù)合材料；電子束蒸發(fā)ZrB2、MoSi2、TiB2和LuB6；氣態(tài)分子沉積于碳/碳復(fù)合材料表面，形成碳/碳復(fù)合材料ZrB2-MoSi2-TiB2-LuB6涂層。利用本發(fā)明制備的涂層致密、均勻、力學性能好、與碳/碳復(fù)合材料基體的結(jié)合強度高，能夠有效提高碳/碳復(fù)合材料的超高溫抗氧化性能。
文檔編號C04B41/85GK102674893SQ201210176569
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月31日
發(fā)明者華云峰, 姬壽長, 李爭顯, 杜繼紅, 王寶云, 王彥峰 申請人:西北有色金屬研究院